激光制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
從原理上說,激光能適應(yīng)任何材料的加工制造,尤其在一些有特殊精度和要求、特別場合和特種材料的加工制造方面起著無可替代的作用。本文綜合評述了激光制造系統(tǒng)的發(fā)展以及激光制造技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中的地位。在分析國外 ..
這里指的高精度除通常意義下的精確定位外,主要還體現(xiàn)在材料內(nèi)部熱傳導(dǎo)效應(yīng)量級上的控制。激光的顯著特點(diǎn)之一,就是可采取連續(xù)和脈沖方式輸出。以固體的鉆孔與切割為例,激光能量高度集中,以及加熱、冷卻速度快的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)達(dá)到的普遍要求,加工屬熱化學(xué)過程。這里要突出的是,通過脈沖式激光輻射可達(dá)到接近“冷”加工的光化學(xué)動力過程。一方面選擇脈沖的時(shí)間寬度,使得材料內(nèi)的熱傳導(dǎo)過程和熱化學(xué)反應(yīng)來不及發(fā)生;另一方面通過控制激光的功率密度和脈沖計(jì)數(shù),按要求達(dá)到確定的去除深度,從而實(shí)現(xiàn)高精度的“線”切割和“點(diǎn)”鉆孔加工。歐美一些國家在許多特殊要求的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)中已普遍采用這種脈沖光制造技術(shù)。
(3)微細(xì)加工制造 激光微細(xì)加工技術(shù)最成功的應(yīng)用是在20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來的微電子學(xué)領(lǐng)域。激光微細(xì)加工作為微電子集成工藝中的單元微加工技術(shù)之一,現(xiàn)已形成固定模式并投入規(guī);a(chǎn)中。除此之外,能突顯其優(yōu)勢的領(lǐng)域還有精密光學(xué)儀器的制造、高密度信息的寫入存儲、生物細(xì)胞組織的醫(yī)療等。選擇適當(dāng)波長的激光,通過各種優(yōu)化工藝和逼近衍射極限的聚焦系統(tǒng),獲得高質(zhì)量光束、高穩(wěn)定性、微小尺寸焦斑的輸出。利用其鋒芒尖利的“光刀”特性,進(jìn)行高密微痕的刻制、高密信息的直寫;也可利用其光阱的“力”效應(yīng),進(jìn)行微小透明球狀物的夾持操作。例如,高精密光柵的刻制(精密光刻);通過CAD/CAM軟件進(jìn)行仿真圖案(或文字)和控制,實(shí)現(xiàn)高保真打標(biāo);利用光阱的“束縛力”,對生物細(xì)胞執(zhí)行移動操作(生物光鑷)。值得一提的是,高密度信息的激光記錄和微細(xì)機(jī)械零部件的光制造。無論是數(shù)字記錄或是掃描記錄,還是圖像與文字的模擬記錄,激光記錄方法(光刻)都具有特別的優(yōu)勢并取得了重要突破,以數(shù)字記錄為例:①信息記錄密度高(107~108bit/cm2以上),刻錄槽寬0.7μm、深0.1μm,比磁記錄密度提高兩個(gè)數(shù)量級以上;②記錄、檢索、讀出速度快,單波道達(dá)50Mbit/s,多波道可達(dá)320Mbit/s;信息的檢索和讀出速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1秒;③成本低、使用壽命長。在微細(xì)機(jī)械零部件的光制造方面,最近幾年國外已將其列為攻關(guān)項(xiàng)目,成為未來高新技術(shù)前期研究的熱點(diǎn)。日本采用激光技術(shù),制造出微米量級的三維“納米牛”,這說明日本在微納量級的三維激光微成型機(jī)制上已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展。北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院應(yīng)用準(zhǔn)分子激光,通過掩模方法,已經(jīng)加工出10齒/50μm和108齒/500μm的微型齒輪。 (4)高效的自動流程加工制造 由于激光輸出的可控制性,使激光制造過程能夠通過軟件實(shí)行自動化流程的智能控制。根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)的需要,既可實(shí)行加工臺的定位控制亦可通過激光的光纖傳輸實(shí)行加工頭的機(jī)器手定位控制,從而實(shí)現(xiàn)高效的自動化、智能化激光制造。比如,汽車車身覆蓋件的三維定位切割、車身骨構(gòu)架的焊接、齒輪盤及其他零部件的焊接加工等,已形成激光加工、組裝一條龍的生產(chǎn)線。 |
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